揭秘小米MIX為什么嘗試新奇的聲學(xué)技術(shù)？

　　小米MIX概念機(jī)這次帶給了大家一個(gè)驚喜，這款手機(jī)嘗試了多項(xiàng)新奇的聲學(xué)技術(shù)，包括壓電陶瓷振動(dòng)系統(tǒng)、超聲指紋識(shí)別和超聲距離傳感。小米這次的創(chuàng)新之路還是蠻難的，這幾項(xiàng)技術(shù)也有必要簡(jiǎn)要科普一下，另外也糾正一些媒體的誤解，其壓電陶瓷振動(dòng)系統(tǒng)并不是媒體所說(shuō)的骨傳導(dǎo)技術(shù)。

　　我想并非小米主動(dòng)意愿，而是概念設(shè)計(jì)不得不需要最新的技術(shù)解決問(wèn)題。小米MIX無(wú)邊框屏幕的設(shè)計(jì)并非首創(chuàng)，實(shí)際上各家也在努力打造這種概念，但是MIX最驚艷的是去掉了頂部邊框。這種設(shè)計(jì)的變化消費(fèi)者看起來(lái)可能沒(méi)啥感覺(jué)，還有很多人吐槽為何還有底部邊框，以至于強(qiáng)迫癥患者感覺(jué)不對(duì)稱，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，特別業(yè)內(nèi)人士，公認(rèn)小米MIX的設(shè)計(jì)和工藝還是非常困難的，這確實(shí)需要大量創(chuàng)新。

　　我們可以拿出身邊的手機(jī)看看，頂部至少都會(huì)有3個(gè)器件，前置攝像頭、紅外距離傳感器和微型揚(yáng)聲器，學(xué)術(shù)上一般叫受話器（Receiver），媒體經(jīng)常說(shuō)成“聽(tīng)筒”，而且這三個(gè)器件都不可或缺，另外高端手機(jī)還會(huì)多放一個(gè)麥克風(fēng)以便嘈雜環(huán)境的時(shí)候降低噪聲。其中前置攝像頭是為了拍照方便，紅外距離傳感器和受話器主要保證通話和熄屏需求，這兩個(gè)器件的位置就不好隨意擺放。小米為了取消頂部邊框，不得不做一些技術(shù)嘗試。

　　小米MIX首先就是把前置攝像頭得從頂部放到底部，所以底部邊框暫時(shí)還沒(méi)法取消，這種設(shè)計(jì)會(huì)讓自拍顯得麻煩，顯然小米為了“驚艷”妥協(xié)了。但是受話器其實(shí)是個(gè)更大的麻煩，這個(gè)器件更換位置就會(huì)影響手機(jī)最主要的通話功能，而且手機(jī)的受話器主要是膜片振動(dòng)方式產(chǎn)生聲音，這需要手機(jī)屏幕開(kāi)個(gè)長(zhǎng)孔，但沒(méi)有了頂部邊框怎么辦？

　　于是小米采用了壓電陶瓷振動(dòng)的解決方案，這并不新鮮，因?yàn)橄钠?011年的功能機(jī)就采用了這種技術(shù)，包括夏普的智能機(jī)也部分采用。

　　這種方式和受話器的發(fā)聲原理是一樣的，都是通過(guò)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生聲音，兩者之間的區(qū)別僅僅是振動(dòng)材料的不同而已。

　　通過(guò)壓電陶瓷發(fā)聲的例子比比可見(jiàn)，網(wǎng)上眾多的共振音箱就類似，通過(guò)壓電陶瓷的振動(dòng)可以帶動(dòng)玻璃甚至桌面振動(dòng)產(chǎn)生聲音。我們家里常用的空氣加濕器，其核心器件就是一個(gè)壓電陶瓷片，這種1~3MHz的壓電陶瓷片可以振動(dòng)激發(fā)出水霧，當(dāng)然這個(gè)頻率的聲音我們是無(wú)法聽(tīng)到的（人耳最高聽(tīng)到20KHz，而且隨著年齡增加持續(xù)下降，可以利用聲學(xué)在線的耳齡測(cè)試功能測(cè)測(cè)聽(tīng)力）。壓電陶瓷的這種功能主要是得益于壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，這種特性是著名的居里夫婦1880年發(fā)現(xiàn)的。

　　壓電效應(yīng)通俗來(lái)說(shuō)，就是某種材料沿一定方向受到外力的作用而變形時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。

　　壓電效應(yīng)有正效應(yīng)和逆效應(yīng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，正效應(yīng)可以產(chǎn)生電，逆效應(yīng)可以利用電產(chǎn)生形變。利用逆效應(yīng)給壓電材料施加電壓它就會(huì)變形，若施加可控制的交流電就可以產(chǎn)生我們需要的形變，這種形變就可以產(chǎn)生振動(dòng)從而發(fā)出聲音。實(shí)際上很多材料具有壓電效應(yīng)，只不過(guò)壓電陶瓷相對(duì)來(lái)說(shuō)比較便宜和穩(wěn)定。

　　從上面分析來(lái)看，可以理解為這種技術(shù)就是更換了一種振膜材料，原先是一個(gè)小型的受話器，現(xiàn)在則是整個(gè)陶瓷機(jī)身或者屏幕都可以振動(dòng)產(chǎn)生聲音。但是千萬(wàn)不要誤認(rèn)為這樣音質(zhì)會(huì)更好，壓電陶瓷聲學(xué)系統(tǒng)的低頻很差，而且?guī)?dòng)機(jī)身振動(dòng)的時(shí)候非線性效應(yīng)很強(qiáng)，所以其音質(zhì)其實(shí)是低于受話器的。當(dāng)然受話器也好不到哪去，基本上只能產(chǎn)生400Hz以上的聲音，但是相對(duì)于移動(dòng)通話的低碼率編解碼系統(tǒng)，也算馬馬虎虎吧。小米嘗試這種聲學(xué)技術(shù)非常大膽，不僅是加大了陶瓷加工難度（昨天還和峰瑞資本的朋友聊到壓電陶瓷太難切割了），基本也放棄了通話質(zhì)量追求，小米為此不得不再次妥協(xié)。

　　我們知道，人耳聽(tīng)到聲音主要通過(guò)兩種方式，一是氣傳導(dǎo)，二是骨傳導(dǎo)。顧名思義，氣傳導(dǎo)就是聲波經(jīng)空氣進(jìn)入外耳道引起鼓膜振動(dòng)進(jìn)而傳向內(nèi)耳的傳導(dǎo)方式，而骨傳導(dǎo)是將聲波通過(guò)人的顱骨、內(nèi)耳淋巴液、螺旋器、聽(tīng)神經(jīng)、聽(tīng)覺(jué)中樞等來(lái)傳導(dǎo)的方式。由于骨傳導(dǎo)效應(yīng)存在，所以我們耳朵聽(tīng)到自己發(fā)出的聲音與其他人聽(tīng)到的聲音是不一樣的，可以試試比較一下電腦錄制的聲音和你自己聽(tīng)到的聲音。骨導(dǎo)傳聲的優(yōu)點(diǎn)在于聲音的隱秘性和抗干擾性，市面上現(xiàn)在就有一些骨傳導(dǎo)耳機(jī)，Google Glass 1代也曾經(jīng)采用過(guò)骨傳導(dǎo)技術(shù)，但是從音質(zhì)上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段的骨傳導(dǎo)技術(shù)還是無(wú)法與傳統(tǒng)發(fā)聲技術(shù)相比擬。顯然，小米的壓電陶瓷聲學(xué)技術(shù)和骨傳導(dǎo)沒(méi)啥關(guān)系，當(dāng)然貼近臉部的時(shí)候也可以認(rèn)為有一部分振動(dòng)通過(guò)骨導(dǎo)傳送到內(nèi)耳。

　　再說(shuō)小米MIX采用的超聲波距離感應(yīng)器，這個(gè)技術(shù)大家一聽(tīng)也就了解，我們汽車中的倒車?yán)走_(dá)其實(shí)就是超聲波距離感應(yīng)，而并不是真的雷達(dá)。這個(gè)技術(shù)倒沒(méi)有太大難度，主要是替換紅外距離傳感器。紅外距離傳感器的不方便之處就是不能遮擋，怎么都要開(kāi)個(gè)小孔（透明玻璃不需要，主要是透光），所以無(wú)法放到屏幕下面，但是放到底邊框顯然也不合理，這樣就失去了熄屏的要求。超聲波距離感應(yīng)恰好滿足了小米的這種需求，雖然相對(duì)紅外還是稍差一些，但是應(yīng)付手機(jī)的需求還是沒(méi)有多大問(wèn)題。

　　最后說(shuō)下超聲波指紋傳感技術(shù)，小米MIX終于不需要再為指紋識(shí)別開(kāi)孔了，甚至可以直接放在手機(jī)屏幕上實(shí)現(xiàn)指紋解鎖。但是可惜的是小米MIX還是把超聲指紋識(shí)別傳感器放到了手機(jī)背面，這倒是減弱了部分超聲指紋識(shí)別的炫酷功能。

　　當(dāng)然，小米MIX依然讓用戶體驗(yàn)到了超聲指紋識(shí)別的方便。我們知道，傳統(tǒng)電容式掃描指紋只能通過(guò)接觸繪制出手指平面2D信息，因此當(dāng)手指上有水，汗?jié)n，污漬，油跡，護(hù)手霜等時(shí)，識(shí)別精度大幅下降，用戶很難解鎖手機(jī)，緊急時(shí)刻還不得不先把手指擦干凈再嘗試解鎖，特別不利于女性。而超聲識(shí)別指紋技術(shù)最大的特點(diǎn)就是不受水、油脂、護(hù)手霜等影響，可以隱藏于玻璃、塑料之下，即用戶只需要將手放在手機(jī)屏幕上，就可以實(shí)現(xiàn)解鎖。此外，該技術(shù)還支持帶手套觸控操作、用戶自定義觸控手勢(shì)、多身份生物識(shí)別、快速激活分屏等。

　　另外再補(bǔ)充一句，小米MIX依舊保留著3.5MM耳機(jī)插孔，這與蘋果的策略倒是不太一致。終歸來(lái)說(shuō)，小米MIX的設(shè)計(jì)還是符合國(guó)內(nèi)當(dāng)前炫屏的需求，期待小米更佳的表現(xiàn)。
本文作者陳孝良，工學(xué)博士，聲智科技創(chuàng)始人。